Gamma-stråleteleskoper måler diametre af fjerne stjerner

Ved at genoplive en teknik, der er i stand til at kombinere specialiserede gamma-stråleteleskoper til et kæmpe virtuelt instrument, Forskere har målt diametrene af individuelle stjerner hundreder af lysår væk. Holdet brugte de fire VERITAS-teleskoper (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) i USA som ét kombineret instrument til at bestemme størrelsen af ​​Beta Canis Majoris – en blå kæmpestjerne placeret 500 lysår fra solen – og Epsilon Orionis – en blå superkæmpe stjerne placeret 2, 000 lysår fra solen. Stellar Intensity Interferometry-teknikken, demonstreret for første gang for næsten 50 år siden, kunne også være en sekundær anvendelse for andre gamma-stråleobservatorier, herunder det kommende Cherenkov Telescope Array (CTA). Holdet ledet af astronomer fra Harvard &Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og University of Utah og inklusive videnskabsmænd fra DESY rapporterer deres resultater i tidsskriftet Natur astronomi .

"En ordentlig forståelse af stjernernes fysik er vigtig for en enorm række af astronomiske felter, fra exoplanetstudier til kosmologi, og alligevel ses de ofte som punktlyskilder på grund af deres store afstande fra Jorden, " sagde Nolan Matthews fra University of Utah. "Interferometri har haft stor succes med at opnå den vinkelopløsning, der er nødvendig for rumligt at opløse stjerner, og vi har demonstreret evnen til at udføre optisk intensitetsinterferometrimålinger med en række af mange teleskoper, som igen vil hjælpe for at forbedre vores forståelse af stjernernes systemer."

Som regel, VERITAS-teleskoperne overvåger himlen for svage blå glimt af Cherenkov-lys, der produceres, når gammastråler fra kosmos rammer Jordens atmosfære. Imidlertid, disse observationer er begrænset til mørke måneløse timer. Holdet brugte tid, hvor VERITAS ikke kan udføre sine normale observationer i december 2019. "Moderne elektronik giver os mulighed for beregningsmæssigt at kombinere lyssignaler fra hvert teleskop. Det resulterende instrument har den optiske opløsning som en reflektor på størrelse med en fodboldbane, " sagde hovedefterforsker David Kieda fra University of Utah. "Dette er den første demonstration af den originale Hanbury Brown og Twiss-teknik ved hjælp af en række optiske teleskoper."

Holdet observerede begge stjerner i flere timer. Målingerne resulterede i vinkeldiametre på 0,523 millibuesekunder for Beta Canis Majoris og 0,631 millibuesekunder for Epsilon Orionis. Et millibuesekund er omtrent på størrelse med en to-eurocentmønt på toppen af ​​Eiffeltårnet i Paris set fra New York. "De målte værdier for begge stjerner er i god overensstemmelse med tidligere målinger med samme teknik lavet med Narrabri-teleskoperne i 1970'erne, " sagde DESY-forsker Tarek Hassan, som var involveret i analysen af ​​VERITAS-målingerne. Narrabri-teleskoperne var de første instrumenter, der udførte stjernemålinger ved hjælp af Stellar Intensity Interferometry og fungerede fra 1963 til 1974. VERITAS-holdet demonstrerede begge forbedringer af følsomheden af teknik og dens skalerbarhed ved hjælp af digital elektronik.

Forskerne har bevist, at snesevis af teleskoper kunne kombineres ved hjælp af moderne elektronik. Dette kunne vise sig at være en interessant mulighed for det fremtidige Cherenkov Telescope Array. Det bliver verdens største gamma-observatorium. CTA vil indeholde gamma-stråleteleskoper i tre størrelsesklasser, DESY er ansvarlig for de mellemstore teleskoper. "CTA vil anvende op til 99 teleskoper med kilometerbaselinje på den sydlige halvkugle og 19 teleskoper med flere hundrede meter basislinjer på den nordlige halvkugle, " forklarede Hassan. "At udføre Stellar Intensity Interferometry-målinger med den fremtidige CTA ville give os mulighed for at studere stjerner med uovertruffen vinkelopløsning."

Intensitetsinterferometri kunne ikke kun gøre det muligt for forskere at bestemme diameteren af ​​stjerner, men også for at afbilde stjernernes overflader, og at måle egenskaberne af systemer som interagerende binære stjerner, hurtigt roterende stjerner, eller pulseringen af ​​Cepheid-variabler, efter tidligere at have målt den tilsyneladende diameter af nogle meget små stjerner på himlen ved hjælp af asteroide-okkultationsmetoden, den nye undersøgelse er endnu en indikator for, at gamma-stråleteleskoper, og deres videnskabsmænd, er mere end man kan se.